W procesie dekodowania systemu Pro Logic, mającym na celu uzyskanie wysokiego stopnia separacji między kanałami, stosuje się tzw. technikę uwydatniania kierunkowego. Dekoder aktywny rozważa się najprościej jako połączenie dekodera pasywnego i układu uwydatniania kierunkowego. Poniżej zostały opisane różne metody prowadzące do prawidłowego ogniskowania w przestrzeni sygnałów odtwarzanych z dwóch zakodowanych kanałów.

Dominacja wzmocnienia

Najprostszą metodą uwydatniania kierunkowego jest tzw. dominacja wzmocnienia. Realizuje ją układ czterech wzmacniaczy sterowanych napięciem VCA, pokazany na rysunku po prawej stronie. Kiedy dialog jest obecny w kanale centralnym (Lt = Rt), to zgodnie z zależnościami systemu pasywnego pojawia się także w lewym i prawym kanale z poziomem o 3 dB niższym. Układ sterujący może wyeliminować szkodliwe przesłuchy przez redukcję wzmocnienia lewego i prawego kanału, pozostawiając słyszalnym tylko kanał centralny. Podobnej procedury można użyć dla izolacji kanału lewego przez wyłączenie wyjść kanału centralnego i surround, kiedy obecny jest tylko sygnał Lt. Tym prostym sposobem może zostać w pełni przywrócona dobra separacja dla sygnału o każdej lokalizacji.

Technika dominacji wzmocnienia

Niestety, ścieżki dźwiękowe filmów rzadko składają się z pojedynczych, izolowanych dźwięków. Dialogi są najczęściej zmiksowane ze stereofonicznym podkładem muzycznym. Widz chciałby słyszeć dialogi z głośnika centralnego, a muzykę z głośnika lewego czy prawego. Wskutek przesłuchów powstających w dekoderze pasywnym dialogi dochodzą też z kanału lewego i prawego, muzyka natomiast dociera także z kanału centralnego i surround.
Dialog dominuje w nagraniu i kontroluje układ uwydatniania, aby zredukować przesłuchy w kanale lewym i prawym. Ta operacja odcina jednak stereofoniczną muzykę, pozostawiając tylko monofoniczną sumę w kanale centralnym i sygnał różnicy w kanale surround. Kiedy ustaje dialog, układ sterowania przywraca wzmocnienie w kanale lewym i prawym, umożliwiając stereofoniczną emisję muzyki. Dialog nie maskuje wytłumienia muzyki, a jeszcze gorszy efekt występuje, gdy dialog nagle rozpoczyna się i kończy. Muzyka dochodząca z kanałów głównych jest wówczas wyłączana i włączana, co słychać wyraźnie jako tzw. "pompowanie" dźwięku, gdyż występują nagłe skoki w poziomie całkowitej mocy akustycznej. Tak realizowana technika dominacji wzmocnienia nadaje dźwiękom niestabilny charakter i powoduje przemieszczanie się sceny dźwiękowej. Była ona stosowana w systemie kwadrofonii, który nie przyjął się m.in. ze względu na te niekorzystne cechy. W aktywnym dekoderze Pro Logic stosuje się także zmienne wzmocnienie, ale tutaj znajduje ono zastosowanie w bloku kompensacji uzupełnionym układem zachowania stałej mocy akustycznej.

Technika kompensacji sygnałów

Technika kompensacji sygnałów

Technika kompensacji jest inną metodą, która eliminuje przenikanie dialogów do lewego i prawego kanału. Odwracając fazę sygnału kanału prawego i wprowadzając go do kanału lewego uzyskuje się usunięcie składników kanału centralnego w kanale lewym, gdyż występuje sumowanie sygnałów o przeciwnych polaryzacjach. Tak przedstawia się podstawowa koncepcja kompensacji. Nieuchronną konsekwencją procesu kompensacji jest jednak zakłócenie obrazu muzycznego w kanałach głównych. W kanale lewym pojawi się bowiem odwrócony w fazie sygnał kanału prawego i odpowiednio w kanale prawym odwrócony sygnał kanału lewego. W głośniku centralnym pojawi się muzyka w postaci składnika sumy L+R. Fakt wtórnego rozdziału przestrzennego muzyki nie oznacza jednak zmiany całkowitego poziomu, jak to było w przypadku układu uwydatniania wzmocnienia. Stosując odpowiednie rozwiązanie można utrzymać stałą moc akustyczną dla wszystkich elementów dźwiękowych.

Zachowanie stałej mocy akustycznej

Podczas pracy dekodera dźwięki dominujące są ogniskowane w konkretnym punkcie, natomiast dźwięki niedominujące są promieniowane przez pozostałe głośniki. Dźwięki dominujące ograniczają czasowo percepcję zmian kierunkowości dźwięków niedominujących. Jeśli nie ma zmian całkowitej głośności, to nie występują szkodliwe efekty "pompowania" i modulacji sygnałów.
Efekt maskowania sygnałów jest powszechnie wykorzystywany w układach redukcji szumu Dolby NR (maskowanie szumu sygnałem użytecznym). W ścieżkach filmowych różnice poziomów poszczególnych elementów dźwiękowych są jednak często mniejsze od 20 dB, a w dłuższym przedziale mogą się w ogóle niwelować, więc dźwięki dominujące są mało efektywnym środkiem maskowania zmian poziomów dźwięków niedominujących.
W opisanym przykładzie dialog jest wiele głośniejszy od podkładu muzycznego, dlatego wymaga maksymalnej akcji dekodera. Gdy poszczególne dźwięki są zbliżone poziomem, to każdy z nich maskuje przesłuchy pochodzące od innych, przesłaniając fakt, że separacja nie jest doskonała. Potrzebne jest wówczas mniejsze uwydatnienie kierunkowe, a mogą zdarzyć się sytuacje, kiedy jest ono w ogóle zbędne i wtedy dekoder przekształca się w system pasywny. Tak jest w przypadku odgłosów deszczu czy wiatru, które powinny dobiegać równomiernie ze wszystkich głośników. Utrzymując stałą moc sygnału i stosując odpowiednie uwydatnienie kierunkowe można uznać niewielkie maskowanie sygnałów za wystarczające.

Dominacja kierunkowa sygnału

Dźwięk dominujący to taki, który najbardziej wyróżnia się w zmiksowanym materiale. Konieczne jest wyczucie, kiedy występuje zjawisko dominacji, gdyż wpływa ono na percepcję dyskretności sceny czy efektywną separację. Najwyższy stopień dominacji występuje wtedy, kiedy źródła wszystkich dźwięków są umiejscowione w jednym punkcie. Taki sygnał odtworzony zostanie przez pasywny dekoder w odpowiednim miejscu, ale jego części pojawią się w sąsiednich kanałach. Nie będzie innych dźwięków, które pomogłyby maskować przesłuchy. Czysty dominujący sygnał uwydatnia więc najbardziej przesłuchy, ale także stwarza sytuację, w jakiej uboczne efekty uwydatniania kierunkowości mogą być łatwo i w pełni stłumione. W przypadku dźwięków o zbliżonej intensywności następuje ograniczenie zdolności ich precyzyjnej lokalizacji, dlatego też wymagane jest małe uwydatnienie kierunkowości lub w ogóle jego brak. Dwa różne dźwięki mogą wydawać się takie same pod względem średniej głośności, ale obserwując ich chwilowe wartości zauważymy ciągłą zmianę dominacji. Biorąc pod uwagę stosunek wartości szczytowej do średniej, można określić, czy konieczne jest uwydatnienie kierunkowe.
Dekoder musi mieć dwie cechy, aby móc pracować efektywnie. Po pierwsze, powinien być wystarczająco szybki, aby zapewnić w czasie rzeczywistym uwydatnienie między dwoma lub więcej zakodowanymi pozycjami, kiedy wartości szczytowe sygnału wyróżniają się na tyle, że słyszalne są jako osobne zdarzenia. Druga cecha to zdolność wykrywania, kiedy względna dominacja spada poniżej wartości, przy której uwydatnienie kierunkowe staje się niepotrzebne, a szybkie działanie dałoby niewyraźny i nerwowy obraz dźwiękowy.
Z tych powodów dekoder Pro Logic musi reagować na poziom dominacji w ścieżce dźwiękowej. Kiedy dominacja jest na niskim poziomie, dekoder pozostaje w tzw. "wolnym" trybie pracy, tworząc stabilne pole dźwiękowe. Powyżej pewnego punktu dekoder przełącza się w "szybki" tryb pracy, aby przetworzyć dokładnie każdy indywidualny element dźwiękowy.

Określanie dominacji

Określenie kierunku i amplitudy dźwięku dominującego

Odczucie separacji dwóch dźwięków jest zdeterminowane stosunkiem ich poziomów, dlatego układ detekcji musi działać na podstawie pomiaru tych wartości. Określenie relatywnej dominacji realizuje się na drodze elektronicznej przez zlogarytmowanie dwóch sygnałów i ich odjęcie, co odpowiada stosunkowi wyrażonemu w dB. Zmiany wynikowego napięcia sterującego zbliżone są do odczuwanych zmian głośności. Proces ten zapewnia zwiększenie separacji, które jest bezpośrednio związane z wartością potrzebną do obniżenia przesłuchów poniżej słyszalnego poziomu i proporcjonalne do zdolności maskujących dźwięku dominującego.
Określenie, który dźwięk jest dominujący, wymaga wyznaczenia lokalizacji źródła, czyli azymutu i amplitudy dominacji. W tym jednym kierunku powinno zachodzić uwydatnienie. Z definicji, dominacja może wystąpić tylko w jednym punkcie w danej chwili. Nie może zaistnieć w dwóch miejscach równocześnie, gdyż równość amplitud dwóch sygnałów oznaczałaby, że żaden nie jest dominujący. Za pomocą dwóch niezależnych, ortogonalnych par sygnałów dostępnych w zakodowanych ścieżkach (pary L/R i C/S ) można wyznaczyć dowolny punkt na płaszczyźnie X-Y Dominację prezentuje się jako wielkość wektorową. Jeśli na osi X odłożymy wartość dominacji L/P a na osi Y wartość dominacji C/S, to w wyniku złożenia otrzymamy wektor, którego kierunek jest kierunkiem dominującego dźwięku, a jego amplituda odpowiada względnej dominacji.

Macierz adaptacyjna Pro Logic

Ogólnie można powiedzieć, że system Pro Logic monitoruje ciągle zakodowane ścieżki, szacując dominację pola dźwiękowego i wprowadzając uwydatnienie w tym samym kierunku, proporcjonalnie do wartości dominacji.
Schemat macierzy adaptacyjnej przedstawiono na rysunku.
Macierz zawiera dwie równoległe ścieżki: prawie bezpośrednią ścieżkę audio ( Lt i Rt podawane są bezpośrednio do sieci kombinacyjnej) i skomplikowaną ścieżkę sterującą. Większa część elektroniki dekodera jest raczej używana do analizy sygnałów wejściowych niż do właściwego przetwarzania sygnałów audio.
Głównym zadaniem jest wytworzenie sygnału wektora dominacji. Pierwszym krokiem w tym procesie jest przygotowanie sygnałów wejściowych, aby zabezpieczyć się przed błędami dekodowania. Sygnały Lt i Rt przechodzą przez filtr pasmowoprzepustowy, który odcina niskie częstotliwości nie niosące informacji o kierunku oraz wysokie częstotliwości obarczone nieraz zniekształceniami fazowymi i amplitudowymi pochodzącymi z torów transmisyjnych. Następnie określa się amplitudy dwóch par ortogonalnych sygnałów. Po wyprostowaniu każdego podstawowego sygnału otrzymuje się napięcia stałe, które w parach ulegają wzmocnieniu we wzmacniaczu logarytmującym i ostatecznie tworzy się ich różnice. Otrzymane dwa niezależne sygnały sterujące reprezentują dominację na osi L/R i dominację na osi C/S. Te dwa napięcia sterujące są bipolarne. Dla przykładu, jeśli napięcie dominacji L/R jest dodatnie, to wskazuje ono na położenie dźwięku dominującego w kierunku lewego głośnika. Każde z napięć sterujących szacowane jest ciągle, by ustalić, czy względna dominacja przekracza określoną wartość progową. Jeśli to następuje, wtedy układ kontrolny przełącza układy na "szybki" tryb operacji. Dzielnik polaryzacji rozbija dwa bipolarne sygnały dominacji na cztery unipolarne napięcia: EL, ER, EC i ES. Reprezentują one dominację kierunku, więc mogą być podane do stopnia kompensacji złożonego ze wzmacniaczy sterowanych napięciem (VCA).
Są dwa kanały wejściowe (Lt i Rt) oraz cztery napięcia sterujące, stąd używa się 8 wzmacniaczy do generacji 8 zmiennych członów. Wraz z sygnałami Lt i Rt mamy więc 10 członów. Proces tworzenia sygnałów wyjściowych jest realizowany w tzw. sieci kombinacyjnej, gdzie części każdego z tych członów są sumowane lub odejmowane z ustalonym współczynnikiem wagi. Analiza odpowiednich amplitud i polaryzacji czterdziestu sum komponentów określa wymagane uwydatnienie kierunkowe i wtórny rozdział sygnałów niedominujących, a wszystko to z zachowaniem stałej mocy akustycznej.

Źródło: www.dolby.com